本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于預(yù)想故障分解的電力系統(tǒng)最優(yōu)支援機(jī)組定位方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前電力建設(shè)快速發(fā)展，一方面各地電源建設(shè)項(xiàng)目仍快速增長，風(fēng)電、核電的比重逐年上升；另一方面多條特高壓線路建成，跨區(qū)來電容量占比不斷提高。同時(shí)全國經(jīng)濟(jì)正在進(jìn)行結(jié)構(gòu)性調(diào)整，社會(huì)用電結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生了較大的變化。電網(wǎng)日負(fù)荷曲線的日益增大，火電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)大幅下降，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷降低時(shí)，機(jī)組熱耗大幅上升，機(jī)組效率大幅下降。因此當(dāng)火電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)大幅下降，大型火電機(jī)組長時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行成為電力市場的新常態(tài)時(shí)，必須要考慮大型火力發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻能力。

在上述需求背景下，火力發(fā)電機(jī)組要求首先保證自己的安全，同時(shí)在主網(wǎng)出現(xiàn)異常情況時(shí)具有一定的輔助處理事故的能力。一次調(diào)頻功能正是火力發(fā)電機(jī)組在電網(wǎng)出現(xiàn)異常情況下充分利用汽機(jī)和鍋爐蓄熱以及機(jī)組的旋轉(zhuǎn)備用容量快速響應(yīng)頻率變化，以彌補(bǔ)電網(wǎng)發(fā)電與負(fù)荷差距，穩(wěn)定電網(wǎng)頻率。為此，需選取若干對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定起到?jīng)Q定性作用的機(jī)組，作為上述支援功能的實(shí)施主體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明的目的在于，依據(jù)電網(wǎng)內(nèi)各特高壓落地點(diǎn)故障情況下的不同電網(wǎng)響應(yīng)特征，根據(jù)地域給出電網(wǎng)故障時(shí)各區(qū)域的最佳電源支撐點(diǎn)的位置，用以確定深度調(diào)頻支援的最優(yōu)機(jī)組選擇，作為具備高加出系調(diào)頻功能的改造目標(biāo)。

本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種基于預(yù)想故障分解的電力系統(tǒng)最優(yōu)支援機(jī)組定位方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1)：加載電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)潮流數(shù)據(jù)，發(fā)電機(jī)、母線和線路的安全約束數(shù)據(jù)，發(fā)電機(jī)爬坡能力數(shù)據(jù)以及電網(wǎng)預(yù)想故障集合數(shù)據(jù)；

步驟2)：電網(wǎng)正常方式下的潮流計(jì)算，得到初始運(yùn)行點(diǎn)；

步驟3)：基于步驟1)-2)所得數(shù)據(jù)，建立以最小化發(fā)電機(jī)組爬坡能力為目標(biāo)的電力系統(tǒng)安全約束最優(yōu)潮流模型；

步驟4)：基于步驟3)所得模型，采用預(yù)想故障分解方法將該模型分解為正常運(yùn)行方式下主問題與各預(yù)想故障運(yùn)行方式下的子問題，求解正常運(yùn)行方式下的主問題；

步驟5)：基于步驟4)所得結(jié)果，依次求解各預(yù)想故障運(yùn)行方式下的子問題，并生成相應(yīng)附加不等式約束，加入步驟4)所述的主問題中；

步驟6)：計(jì)算相鄰兩輪迭代中步驟4)所求解主問題的優(yōu)化結(jié)果的增量大小，若其小于給定閾值，則至步驟7)；否則返回步驟5)繼續(xù)迭代求解；

步驟7)：依據(jù)步驟4)所得最小發(fā)電機(jī)組爬坡能力改造量，將改造量非零的發(fā)電機(jī)組據(jù)此進(jìn)行遞減排序，按順序依次記為優(yōu)先級(jí)遞減的最優(yōu)支援機(jī)組，作為結(jié)果輸出。

進(jìn)一步地，所述步驟3)的具體內(nèi)容為：以最小化發(fā)電機(jī)組爬坡能力改造量為優(yōu)化目標(biāo)，以及發(fā)電機(jī)組爬坡能力改造后電網(wǎng)正常運(yùn)行方式和所有預(yù)想故障方式下的潮流方程為等式約束，以電網(wǎng)正常運(yùn)行方式和所有預(yù)想故障運(yùn)行方式下的發(fā)電機(jī)爬坡約束、發(fā)電機(jī)有功出力約束、發(fā)電機(jī)無功出力約束、節(jié)點(diǎn)電壓幅值約束和線路熱穩(wěn)定約束為不等式約束，建立一組非線性優(yōu)化模型。

更進(jìn)一步，所述的非線性優(yōu)化模型具體如下：

1)目標(biāo)函數(shù)

式中，分別為發(fā)電機(jī)組i正、負(fù)爬坡能力的改造量；為正常運(yùn)行方式下平衡發(fā)電機(jī)組的有功出力；wi，p分別為爬坡能力改造量和網(wǎng)損的權(quán)重系數(shù)；sg為發(fā)電機(jī)組的集合；

2)等式約束

等式約束為不同運(yùn)行方式下的潮流方程：

式中，變量上標(biāo)代表運(yùn)行方式，其中0代表正常運(yùn)行方式，其他代表預(yù)想故障運(yùn)行方式；sk為預(yù)想故障運(yùn)行方式的集合；sb為母線的集合；

ui為母線i的電壓幅值，i∈sb；uj為母線j的電壓幅值；pgi，qgi分別為發(fā)電機(jī)組i的有功和無功出力，i∈sg；pli，qli分別為母線i的有功和無功負(fù)荷，i∈sg；δij為母線ij之間的相角差；λ^k為運(yùn)行方式k下的負(fù)荷增長因子，用于描述負(fù)荷的波動(dòng)及其隨國民經(jīng)濟(jì)的增長；分別為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣中對(duì)應(yīng)元素的實(shí)部和虛部；

3)不等式約束

不等式約束包括發(fā)電機(jī)組爬坡約束

式中，分別為發(fā)電機(jī)組i原有正、負(fù)爬坡能力；為正常運(yùn)行方式下發(fā)電機(jī)組i的有功出力，為運(yùn)行方式k下發(fā)電機(jī)組i的有功出力；

以及其他運(yùn)行約束，包括節(jié)點(diǎn)電壓約束、發(fā)電機(jī)有功及無功出力約束和線路潮流約束

式中，fij為母線i到母線j之間線路上的潮流；各變量的上、下劃線分別表示對(duì)應(yīng)變量的上限和下限。

進(jìn)一步地，所述步驟4)的具體內(nèi)容為：將步驟3)所建立的非線性優(yōu)化模型分解為1個(gè)對(duì)應(yīng)正常運(yùn)行方式的主問題和對(duì)應(yīng)若干預(yù)想故障運(yùn)行方式的子問題。

更進(jìn)一步地，主問題的具體內(nèi)容為：

1)目標(biāo)函數(shù)

式中，分別為發(fā)電機(jī)組i正、負(fù)爬坡能力的改造量；為正常運(yùn)行方式下平衡發(fā)電機(jī)組的有功出力；wi，p分別為爬坡能力改造量和網(wǎng)損的權(quán)重系數(shù)；sg為發(fā)電機(jī)組的集合；

2)等式約束

等式約束為正常運(yùn)行方式下的潮流方程

式中，變量上標(biāo)0代表正常運(yùn)行方式，sb為母線的集合；

ui為母線i的電壓幅值，i∈sb；uj為母線j的電壓幅值；pgi，qgi分別為發(fā)電機(jī)組i的有功和無功出力，i∈sg；pli，qli分別為母線i的有功和無功負(fù)荷，i∈sg；δij為母線ij之間的相角差；λ⁰為正常運(yùn)行方式下的負(fù)荷增長因子，用于描述負(fù)荷的波動(dòng)及其隨國民經(jīng)濟(jì)的增長；gij，bij分別為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣中對(duì)應(yīng)元素的實(shí)部和虛部；

3)不等式約束

不等式約束包括節(jié)點(diǎn)電壓約束、發(fā)電機(jī)有功及無功出力約束、線路潮流約束：

式中，fij為母線i到母線j之間線路上的潮流；各變量的上、下劃線分別表示對(duì)應(yīng)變量的上限和下限。

所述步驟5)中，第k個(gè)預(yù)想故障所對(duì)應(yīng)子問題的具體內(nèi)容為：

1)目標(biāo)函數(shù)

式中，分別為發(fā)電機(jī)組i正、負(fù)爬坡能力松弛變量；

2)等式約束

等式約束為預(yù)想故障運(yùn)行方式k下的潮流方程

式中，sb為母線的集合；ui為母線i的電壓幅值，i∈sb；uj為母線j的電壓幅值；pgi，qgi分別為發(fā)電機(jī)組i的有功和無功出力，i∈sg；pli，qli分別為母線i的有功和無功負(fù)荷，i∈sg；δij為母線ij之間的相角差；λ^k為運(yùn)行方式k下的負(fù)荷增長因子，用于描述負(fù)荷的波動(dòng)及其隨國民經(jīng)濟(jì)的增長；分別為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣中對(duì)應(yīng)元素的實(shí)部和虛部；

3)不等式約束

不等式約束包括松弛后的機(jī)組爬坡約束

式中，分別為發(fā)電機(jī)組i原有正、負(fù)爬坡能力；

機(jī)組爬坡能力松弛變量約束：

以及其他運(yùn)行約束，包括預(yù)想故障運(yùn)行方式k下節(jié)點(diǎn)電壓約束、發(fā)電機(jī)有功及無功出力約束和線路潮流約束：

式中，fij為母線i到母線j之間線路上的潮流；各變量的上、下劃線分別表示對(duì)應(yīng)變量的上限和下限。

進(jìn)一步地，求解上述預(yù)想故障運(yùn)行方式k所對(duì)應(yīng)優(yōu)化問題，若優(yōu)化目標(biāo)j非零，則生成如下不等式約束，加入步驟4)中主問題的不等式約束中：

式中，u⁰,為正常運(yùn)行方式下控制變量(包括母線電壓幅值等)以及步驟4)中求解主問題得到的相對(duì)應(yīng)控制變量的數(shù)值；t表示轉(zhuǎn)置；

分別為步驟4)中求解主問題得到的發(fā)電機(jī)組i正、負(fù)爬坡能力的改造量的數(shù)值；

μ，分別為等式約束的對(duì)偶變量，爬坡能力下限約束和上限約束的不等式約束的對(duì)偶變量。

通過實(shí)施上述步驟，可準(zhǔn)確定位對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定起到?jīng)Q定性作用的機(jī)組，建立相應(yīng)機(jī)組的優(yōu)先級(jí)順序，定位了電網(wǎng)不同故障情況下的最優(yōu)支援機(jī)組，并給出了機(jī)組爬坡能力的最優(yōu)改造方案，以最小代價(jià)滿足了電網(wǎng)故障后的安全特性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

本實(shí)施例提供一種電力系統(tǒng)暫態(tài)嚴(yán)重故障篩選的方法，如圖1所示，包括以下步驟：

步驟(1)：加載電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)潮流數(shù)據(jù)，發(fā)電機(jī)、母線、線路等元件的安全約束數(shù)據(jù)，現(xiàn)有發(fā)電機(jī)爬坡能力數(shù)據(jù)，以及電網(wǎng)預(yù)想故障集合數(shù)據(jù)；

步驟(2)：電網(wǎng)正常方式下的潮流計(jì)算，得到初始運(yùn)行點(diǎn)；

步驟(3)：基于步驟(1)-(2)所得數(shù)據(jù)，建立以最小化發(fā)電機(jī)組爬坡能力為目標(biāo)的電力系統(tǒng)安全約束最優(yōu)潮流模型；

步驟(4)：基于步驟(3)所得模型，采用預(yù)想故障分解方法將該模型分解為正常運(yùn)行方式下主問題與各預(yù)想故障運(yùn)行方式下的子問題；求解正常運(yùn)行方式下的主問題；

步驟(5)：基于步驟(4)所得結(jié)果，依次求解各預(yù)想故障運(yùn)行方式下的子問題，并生成相應(yīng)附加不等式約束，加入步驟(4)所述主問題中；

步驟(6)：計(jì)算相鄰2輪迭代中步驟(4)所求解主問題的優(yōu)化結(jié)果的增量大小，若其小于給定閾值，則至步驟(7)；否則返回步驟(5)繼續(xù)迭代求解；

步驟(7)：依據(jù)步驟(4)所得最小發(fā)電機(jī)組爬坡能力改造量，將改造量非零的發(fā)電機(jī)組據(jù)此進(jìn)行遞減排序，按順序依次記為優(yōu)先級(jí)遞減的最優(yōu)支援機(jī)組，作為結(jié)果輸出。

在本實(shí)施例中，所述步驟(3)具體為，以最小化發(fā)電機(jī)組爬坡能力改造量為優(yōu)化目標(biāo)，以計(jì)及發(fā)電機(jī)組爬坡能力改造后電網(wǎng)正常運(yùn)行方式和所有預(yù)想故障方式下的潮流方程為等式約束，以電網(wǎng)正常運(yùn)行方式和所有預(yù)想故障運(yùn)行方式下的發(fā)電機(jī)爬坡約束、發(fā)電機(jī)有功出力約束、發(fā)電機(jī)無功出力約束、節(jié)點(diǎn)電壓幅值約束、線路熱穩(wěn)定約束等安全約束為不等式約束，建立一組非線性優(yōu)化模型，具體如下：

1)目標(biāo)函數(shù)

式中，分別為發(fā)電機(jī)組i正、負(fù)爬坡能力的改造量；為正常運(yùn)行方式下平衡發(fā)電機(jī)組的有功出力；wi，p分別為爬坡能力改造量和網(wǎng)損的權(quán)重系數(shù)；sg為發(fā)電機(jī)組的集合。

2)等式約束

等式約束為不同運(yùn)行方式下的潮流方程

式中，變量上標(biāo)代表運(yùn)行方式，其中0代表正常運(yùn)行方式，其他代表預(yù)想故障運(yùn)行方式；sk為預(yù)想故障運(yùn)行方式的集合；sb為母線的集合；

ui為母線i的電壓幅值，i∈sb；uj為母線j的電壓幅值；pgi，qgi分別為發(fā)電機(jī)組i的有功和無功出力，i∈sg；pli，qli分別為母線i的有功和無功負(fù)荷，i∈sg；δij為母線ij之間的相角差；λ^k為運(yùn)行方式k下的負(fù)荷增長因子，用于描述負(fù)荷的波動(dòng)及其隨國民經(jīng)濟(jì)的增長；分別為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣中對(duì)應(yīng)元素的實(shí)部和虛部。

3)不等式約束

不等式約束包括機(jī)組爬坡約束

式中，分別為發(fā)電機(jī)組i原有正、負(fù)爬坡能力；為正常運(yùn)行方式下發(fā)電機(jī)組i的有功出力，為運(yùn)行方式k下發(fā)電機(jī)組i的有功出力；

以及其他運(yùn)行約束，包括節(jié)點(diǎn)電壓約束、發(fā)電機(jī)有功及無功出力約束、線路潮流約束等：

式中，fij為母線i到母線j之間線路上的潮流；各變量的上、下劃線分別表示對(duì)應(yīng)變量的上限和下限。

在本實(shí)施例中，所述步驟(4)具體為：將步驟(3)所建立的非線性優(yōu)化模型分解為1個(gè)對(duì)應(yīng)正常運(yùn)行方式的主問題和對(duì)應(yīng)若干預(yù)想故障運(yùn)行方式的子問題。其中，主問題具體為：

1)目標(biāo)函數(shù)

式中，變量含義與上述相同。

2)等式約束

等式約束為正常運(yùn)行方式下的潮流方程

式中，變量上標(biāo)0代表正常運(yùn)行方式，sb為母線的集合；

ui為母線i的電壓幅值，i∈sb；uj為母線j的電壓幅值；pgi，qgi分別為發(fā)電機(jī)組i的有功和無功出力，i∈sg；pli，qli分別為母線i的有功和無功負(fù)荷，i∈sg；δij為母線ij之間的相角差；λ⁰為正常運(yùn)行方式下的負(fù)荷增長因子，用于描述負(fù)荷的波動(dòng)及其隨國民經(jīng)濟(jì)的增長；gij，bij分別為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣中對(duì)應(yīng)元素的實(shí)部和虛部。

3)不等式約束

不等式約束包括節(jié)點(diǎn)電壓約束、發(fā)電機(jī)有功及無功出力約束、線路潮流約束等：

式中，fij為母線i到母線j之間線路上的潮流；各變量的上、下劃線分別表示對(duì)應(yīng)變量的上限和下限；

以及由步驟(5)所生成的一系列不等式約束。

在本實(shí)施例中，所述步驟(5)具體為：第k個(gè)預(yù)想故障所對(duì)應(yīng)子問題具體為：

1)目標(biāo)函數(shù)

式中，分別為發(fā)電機(jī)組i正、負(fù)爬坡能力松弛變量；

2)等式約束

等式約束為預(yù)想故障運(yùn)行方式k下的潮流方程。

式中，sb為母線的集合；ui為母線i的電壓幅值，i∈sb；uj為母線j的電壓幅值；pgi，qgi分別為發(fā)電機(jī)組i的有功和無功出力，i∈sg；pli，qli分別為母線i的有功和無功負(fù)荷，i∈sg；δij為母線ij之間的相角差；λ^k為運(yùn)行方式k下的負(fù)荷增長因子，用于描述負(fù)荷的波動(dòng)及其隨國民經(jīng)濟(jì)的增長；分別為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣中對(duì)應(yīng)元素的實(shí)部和虛部。

3)不等式約束

不等式約束包括松弛后的機(jī)組爬坡約束

式中，分別為發(fā)電機(jī)組i原有正、負(fù)爬坡能力；

機(jī)組爬坡能力松弛變量約束：

以及其他運(yùn)行約束，包括預(yù)想故障運(yùn)行方式k下節(jié)點(diǎn)電壓約束、發(fā)電機(jī)有功及無功出力約束、線路潮流約束等：

式中，fij為母線i到母線j之間線路上的潮流；各變量的上、下劃線分別表示對(duì)應(yīng)變量的上限和下限。

求解上述預(yù)想故障運(yùn)行方式k所對(duì)應(yīng)優(yōu)化問題，若優(yōu)化目標(biāo)j非零，則生成如下不等式約束，加入步驟(4)中主問題的不等式約束集合中：

式中，u⁰,為正常運(yùn)行方式下控制變量以及步驟4)中求解主問題得到的相對(duì)應(yīng)控制變量的數(shù)值；t表示轉(zhuǎn)置；

分別為步驟4)中求解主問題得到的發(fā)電機(jī)組i正、負(fù)爬坡能力的改造量的數(shù)值；

μ，分別為等式約束的對(duì)偶變量，爬坡能力下限約束和上限約束的不等式約束的對(duì)偶變量。

通過實(shí)施上述步驟，給出了機(jī)組爬坡能力的最優(yōu)改造方案，并據(jù)此以最小代價(jià)滿足了電網(wǎng)故障后的安全特性。作為結(jié)果，上述具體實(shí)施步驟給出了電網(wǎng)不同故障下的最優(yōu)支援機(jī)組。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求書保護(hù)范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。